JP6345413B2

JP6345413B2 - Deep ultraviolet light emitting device

Info

Publication number: JP6345413B2
Application number: JP2013241850A
Authority: JP
Inventors: 青柳　克信; 克信青柳; 範子黒瀬
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: JP2015103340A

Description

本発明は、深紫外発光素子に関し、特に、発光効率が高い深紫外発光素子に関する。 The present invention relates to a deep ultraviolet light emitting device, and more particularly to a deep ultraviolet light emitting device having high luminous efficiency.

深紫外光源は、照明、殺菌、医療、浄水、計測等の様々な分野で使用されている。深紫外光は主に約２００〜約３５０ｎｍの波長の光を意味し、場合によってはそれ以下の１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長の光も含む。深紫外光の発生手段としては、水銀ランプ、半導体発光素子（半導体ＬＥＤ）、エキシマランプなどが知られている。 Deep ultraviolet light sources are used in various fields such as lighting, sterilization, medical treatment, water purification, and measurement. Deep ultraviolet light mainly means light having a wavelength of about 200 to about 350 nm, and in some cases, includes light having a wavelength of 100 nm to 200 nm. As means for generating deep ultraviolet light, mercury lamps, semiconductor light emitting devices (semiconductor LEDs), excimer lamps, and the like are known.

一方、半導体ＬＥＤとしては、窒化物系深紫外発光素子が知られている（下記特許文献１参照）。特許文献１に開示された横型構造の素子では、電流がｎ型ＡｌＧａＮ層中を横方向に流れなければならないため、素子抵抗が高くなって発熱量が増大し、キャリアの注入効率への悪影響が生じる欠点がある。従って、高出力動作に適さない。また、チップサイズを大型化することができない。 On the other hand, nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements are known as semiconductor LEDs (see Patent Document 1 below). In the lateral structure element disclosed in Patent Document 1, since the current must flow in the n-type AlGaN layer in the lateral direction, the element resistance is increased, the amount of heat generation is increased, and the carrier injection efficiency is adversely affected. There are disadvantages that arise. Therefore, it is not suitable for high output operation. Further, the chip size cannot be increased.

この欠点を改善するための素子として、縦型構造の窒化物系深紫外発光素子が知られている（下記特許文献２、３参照）。特許文献２、３に開示された縦型構造によって、素子抵抗を小さくすることができるので、駆動効率を高め、発熱を抑えることができ、高出力動作が可能となる。 As a device for improving this defect, a nitride-based deep ultraviolet light emitting device having a vertical structure is known (see Patent Documents 2 and 3 below). With the vertical structure disclosed in Patent Documents 2 and 3, the element resistance can be reduced, so that driving efficiency can be increased, heat generation can be suppressed, and high output operation is possible.

特開平１１−３０７８１１号公報JP-A-11-307811 特開２００６−２７８５５４号公報JP 2006-278554 A 特表２００６−１０４０６３号公報JP-T-2006-104063

従来の深紫外光発生手段のうち、水銀ランプは環境に悪い水銀を使用している問題がある。また、水銀ランプは発生可能な波長が限定されており、寿命が短く、高電圧が必要であり使いにくい問題がある。 Among conventional deep ultraviolet light generating means, mercury lamps have a problem of using mercury which is bad for the environment. Further, the mercury lamp has a limited wavelength that can be generated, has a short lifetime, requires a high voltage, and is difficult to use.

エキシマランプは、ランプ寿命が短く、大型の装置になるので、特殊な用途に限定される問題がある。 Excimer lamps have a problem that they are limited to special applications because they have a short lamp life and become large-sized devices.

窒化物系深紫外発光素子は、小型であり、水銀ランプに代わるものとして期待されているが、特許文献１に開示された窒化物系深紫外発光素子は発光効率が低く、大出力化に対応できない問題がある。特許文献２、３に開示された窒化物系深紫外発光素子は小型化可能であるが、深紫外領域では、発光効率が低く大出力化が難しい。すなわち、多層構造が必要であり、ドーピングが必要でその準位が深いため担体濃度を上げることが出来ない。又、特に波長が短くなると電極の接触抵抗を下げることが難しい。これらのことにより、外部量子効率を上げることが難しく製造工程が複雑である。 Nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements are small in size and are expected to replace mercury lamps, but the nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements disclosed in Patent Document 1 have low luminous efficiency and are compatible with high output. There is a problem that cannot be done. The nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements disclosed in Patent Documents 2 and 3 can be reduced in size, but in the deep ultraviolet region, the light emission efficiency is low and it is difficult to increase the output. That is, a multilayer structure is necessary, doping is necessary, and the level is deep, so that the carrier concentration cannot be increased. In particular, it is difficult to reduce the contact resistance of the electrode when the wavelength is shortened. For these reasons, it is difficult to increase the external quantum efficiency, and the manufacturing process is complicated.

本発明は、上記の問題を解決し、発光効率が高い深紫外発光素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a deep ultraviolet light emitting device having high luminous efficiency.

本発明の目的は、以下の手段によって達成される。 The object of the present invention is achieved by the following means.

即ち、本発明の第１の深紫外発光素子は、基準電極と、前記基準電極と対向するように配置された放電用電極と、前記放電用電極を挟んで前記基準電極の反対側に配置された発光層と、前記基準電極および前記放電用電極を収容する空間に充填されたガスと、前記放電用電極に前記基準電極の電位よりも高い電圧が印加された場合に前記ガスによって発生するプラズマから、電子又は正イオンを引き出す引き出し手段とを備え、前記引き出し手段によって引き出された電子又は正イオンが前記発光層に衝突することにより、前記発光層が深紫外光を発することを特徴としている。 That is, the first deep ultraviolet light emitting device of the present invention is disposed on the opposite side of the reference electrode, the reference electrode, the discharge electrode disposed so as to face the reference electrode, and the discharge electrode. A light emitting layer, a gas filled in a space accommodating the reference electrode and the discharge electrode, and a plasma generated by the gas when a voltage higher than the potential of the reference electrode is applied to the discharge electrode In addition, the light emitting layer emits deep ultraviolet light when the electrons or positive ions extracted by the extracting means collide with the light emitting layer.

また、本発明の第２の深紫外発光素子は、前記発光層は、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＦ_２、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＣａＦ_２、ダイアモンド、サファイアから選択される少なくとも１つの材料、または前記材料の超格子で形成されていることを特徴としている。 Further, in the second deep ultraviolet light emitting device of the present invention, the light emitting layer has at least one material selected from MgO, ZnMgO, AlGaN, AlN, MgF ₂ , BN, BAlN, CaF ₂ , diamond, and sapphire, or It is formed by a superlattice of the material.

また、本発明の第３の深紫外発光素子は、前記発光層は、ＡｌＧａＮの超格子で形成されていることを特徴としている。 The third deep ultraviolet light emitting device of the present invention is characterized in that the light emitting layer is formed of an AlGaN superlattice.

また、本発明の第４の深紫外発光素子は、前記発光層は、ＭｇＯで形成されていることを特徴としている。 Further, the fourth deep ultraviolet light emitting device of the present invention is characterized in that the light emitting layer is made of MgO.

また、本発明の第５の深紫外発光素子は、前記材料または前記超格子に不純物が添加されていることを特徴としている。 The fifth deep ultraviolet light-emitting device of the present invention is characterized in that an impurity is added to the material or the superlattice.

また、本発明の第６の深紫外発光素子は、前記基準電極を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された二次電子放出材料層をさらに備え、前記引き出し手段が電子を引き出した場合に、前記基準電極側に引き出された正イオンが前記二次電子放出材料層に衝突することにより、前記二次電子放出材料層が電子を発生することを特徴としている。 The sixth deep ultraviolet light emitting device of the present invention further includes a secondary electron emission material layer disposed on the opposite side of the discharge electrode with the reference electrode interposed therebetween, and the extraction means extracts electrons. In addition, the secondary electron emission material layer generates electrons when positive ions extracted toward the reference electrode collide with the secondary electron emission material layer.

また、本発明の第７の深紫外発光素子は、前記二次電子放出材料層は、ＭｇＯまたはＢＮであることを特徴としている。 In the seventh deep ultraviolet light emitting device of the present invention, the secondary electron emission material layer is MgO or BN.

また、本発明の第８の深紫外発光素子は、前記発光層の表面に、金属微粒子からなる層が形成されていることを特徴としている。 The eighth deep ultraviolet light emitting device of the present invention is characterized in that a layer made of metal fine particles is formed on the surface of the light emitting layer.

また、本発明の第９の深紫外発光素子は、前記ガスが、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｎ_２、ＸｅＣｌ及びＡｒＦからなる群の中から選択される少なくとも１種類のガス、またはその混合ガスであることを特徴としている。 In the ninth deep ultraviolet light-emitting device of the present invention, the gas is at least one selected from the group consisting of Ne, Xe, He, Ar, H ₂ , D ₂ , N ₂ , XeCl, and ArF. Or a mixed gas thereof.

また、本発明の第１０の深紫外発光素子は、前記引き出し手段は、前記放電用電極と前記発光層との間に配置された引っ張り用電極を含むことを特徴としている。 In the tenth deep ultraviolet light emitting element of the present invention, the lead-out means includes a pulling electrode disposed between the discharge electrode and the light emitting layer.

また、本発明の第１１の深紫外発光素子は、前記引き出し手段は、前記発光層を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された加速電極を含むことを特徴としている。 In the eleventh deep ultraviolet light-emitting element of the present invention, the lead-out means includes an acceleration electrode disposed on the opposite side of the discharge electrode with the light-emitting layer interposed therebetween.

また、本発明の第１２の深紫外発光素子は、前記加速電極は、前記深紫外発光素子の外部に露出していることを特徴としている。 The twelfth deep ultraviolet light emitting device of the present invention is characterized in that the accelerating electrode is exposed to the outside of the deep ultraviolet light emitting device.

また、本発明の第１３の深紫外発光素子は、前記放電用電極、前記引っ張り用電極および前記加速電極の順にパルス電圧が順次印加されることを特徴としている。 In the thirteenth deep ultraviolet light-emitting device of the present invention, a pulse voltage is sequentially applied in the order of the discharge electrode, the pulling electrode, and the acceleration electrode.

また、本発明の第１４の深紫外発光素子は、前記引っ張り用電極および前記加速電極に印加される各パルス電圧は、その直前のパルス電圧の印加終了から所定の時間経過後に印加が開始されることを特徴としている。 In the fourteenth deep ultraviolet light-emitting device of the present invention, each pulse voltage applied to the pulling electrode and the acceleration electrode starts to be applied after a lapse of a predetermined time from the end of the application of the immediately preceding pulse voltage. It is characterized by that.

また、本発明の第１５の深紫外発光素子は、前記パルス電圧の少なくともいずれかは、その波形に複数の山を有することを特徴としている。 In the fifteenth deep ultraviolet light-emitting element of the present invention, at least one of the pulse voltages has a plurality of peaks in its waveform.

本発明に係る深紫外発光素子は、プラズマから電子または正イオンを引き出して発光層に衝突させることにより、深紫外光を発光する。そのため、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供することができる。 The deep ultraviolet light emitting device according to the present invention emits deep ultraviolet light by extracting electrons or positive ions from plasma and making them collide with a light emitting layer. Therefore, a light-emitting element with higher light emission efficiency than the conventional one can be provided.

本発明の一実施形態に係る深紫外発光素子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the deep ultraviolet light emitting element which concerns on one Embodiment of this invention. 基準電極および放電用電極の配置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of arrangement | positioning of a reference electrode and the electrode for discharge. パルス出力部から出力されるパルス電圧の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the pulse voltage output from a pulse output part. 放電用電極にパルス電圧が印加されたときの、深紫外発光素子の動作状態を示す図である。It is a figure which shows the operation state of a deep ultraviolet light emitting element when a pulse voltage is applied to the electrode for discharge. 引っ張り用電極にパルス電圧が印加されたときの、深紫外発光素子の動作状態を示す図である。It is a figure which shows the operation state of a deep ultraviolet light emitting element when a pulse voltage is applied to the tension | pulling electrode. 加速電極にパルス電圧が印加されたときの、深紫外発光素子の動作状態を示す図である。It is a figure which shows the operation state of a deep ultraviolet light emitting element when a pulse voltage is applied to an acceleration electrode. パルス出力部から出力されるパルス電圧の他の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the other example of the pulse voltage output from a pulse output part. パルス出力部から出力されるパルス電圧のさらに他の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the other example of the pulse voltage output from a pulse output part. 本発明の他の実施形態に係る深紫外発光素子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the deep ultraviolet light emitting element which concerns on other embodiment of this invention. 発光層を形成する材料としてＡｌＧａＮの超格子を用いた深紫外発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the deep ultraviolet light emitting element using the superlattice of AlGaN as a material which forms a light emitting layer. 発光層を形成する材料としてＭｇＯを用いた深紫外発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the deep ultraviolet light emitting element using MgO as a material which forms a light emitting layer.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係る深紫外発光素子（以下、単に発光素子とも記す）１の概略構成を示す断面図である。発光素子１は、基準電極２と、放電用電極３と、発光層４と、引っ張り用電極５と、加速電極６と、二次電子放出材料層７と、下部透明基板８と、パルス出力部９とを備えている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a deep ultraviolet light emitting element (hereinafter also simply referred to as a light emitting element) 1 according to an embodiment of the present invention. The light emitting element 1 includes a reference electrode 2, a discharge electrode 3, a light emitting layer 4, a tensile electrode 5, an acceleration electrode 6, a secondary electron emission material layer 7, a lower transparent substrate 8, a pulse output unit. 9 and.

発光層４と二次電子放出材料層７とは対向配置されており、それらの間に空間１０が形成されている。空間１０は、外部から密閉されており、その高さ、すなわち発光層４と二次電子放出材料層７との距離は、例えば０．１５〜５ｍｍである。空間１０には、プラズマを発生させるためのガス、例えば、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｎ_２、ＸｅＣｌ及びＡｒＦからなる群の中から選択される少なくとも１種類のガス、またはその混合ガスが充填されている。空間１０に充填されるガスの圧力は、例えば１×１０^１〜１×１０^６Ｐａである。なお、空間１０は、ガスを連続供給（フロータイプ）できる開放空間であってもよい。 The light emitting layer 4 and the secondary electron emission material layer 7 are disposed to face each other, and a space 10 is formed between them. The space 10 is sealed from the outside, and the height thereof, that is, the distance between the light emitting layer 4 and the secondary electron emission material layer 7 is, for example, 0.15 to 5 mm. In the space 10, a gas for generating plasma, for example, at least one gas selected from the group consisting of Ne, Xe, He, Ar, H ₂ , D ₂ , N ₂ , XeCl, and ArF, Or the mixed gas is filled. The pressure of the gas filled in the space 10 is, for example, 1 × 10 ¹ to 1 × 10 ⁶ Pa. The space 10 may be an open space where gas can be continuously supplied (flow type).

また、空間１０内には、基準電極２、放電用電極３および引っ張り用電極５が収容されている。基準電極２、放電用電極３および引っ張り用電極５は、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレス、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金で形成されている。 Further, in the space 10, the reference electrode 2, the discharge electrode 3 and the pulling electrode 5 are accommodated. The reference electrode 2, the discharge electrode 3, and the pulling electrode 5 are made of Fe, Ni, stainless steel, Ti, Mo, Cu, Au, Ag, Cr, or an alloy thereof.

基準電極２は、空間１０の下部に設けられた３つの電極から構成されている。本実施形態では、基準電極２は接地されているが、基準電極２の電位は特に制限されない。 The reference electrode 2 is composed of three electrodes provided in the lower part of the space 10. In the present embodiment, the reference electrode 2 is grounded, but the potential of the reference electrode 2 is not particularly limited.

放電用電極３は、基準電極２と対向するように配置された６つの電極からなる。放電用電極３には、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ１が所定のタイミングで印加される。パルス電圧Ｐ１は基準電極２の電位よりもプラスあるいはマイナスに高く、後述するように、パルス電圧Ｐ１の印加によって、基準電極２と放電用電極３との間に、変動する電磁場が形成され、空間１０内に充填されているガスが電磁場よってプラズマを発生する。 The discharge electrode 3 is composed of six electrodes arranged to face the reference electrode 2. A pulse voltage P1 is applied to the discharge electrode 3 from the pulse output unit 9 at a predetermined timing. The pulse voltage P1 is higher or lower than the potential of the reference electrode 2 and, as will be described later, a fluctuating electromagnetic field is formed between the reference electrode 2 and the discharge electrode 3 by applying the pulse voltage P1, and the space The gas filled in 10 generates plasma by an electromagnetic field.

引っ張り用電極５および加速電極６は、特許請求の範囲に記載の「引き出し手段」に対応するものである。引っ張り用電極５は、放電用電極３と発光層４との間に配置された６つの電極からなる。引っ張り用電極５には、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ２が印加される。加速電極６は、発光層４を挟んで放電用電極３の反対側に配置されており、発光素子１の外部に露出している。加速電極６には、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ３が印加される。後述するように、パルス出力部９から、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６の順にパルス電圧が順次印加される。これにより、引っ張り用電極５および加速電極６は、プラズマから電子又は正イオン（本実施形態では電子）を引き出して、発光層４に衝突させる。 The pulling electrode 5 and the accelerating electrode 6 correspond to “drawing means” recited in the claims. The pulling electrode 5 includes six electrodes disposed between the discharging electrode 3 and the light emitting layer 4. A pulse voltage P 2 is applied to the pulling electrode 5 from the pulse output unit 9. The acceleration electrode 6 is disposed on the opposite side of the discharge electrode 3 with the light emitting layer 4 interposed therebetween, and is exposed to the outside of the light emitting element 1. A pulse voltage P3 is applied to the acceleration electrode 6 from the pulse output unit 9. As will be described later, a pulse voltage is sequentially applied from the pulse output unit 9 in the order of the discharge electrode 3, the pulling electrode 5, and the acceleration electrode 6. Thereby, the pulling electrode 5 and the acceleration electrode 6 draw electrons or positive ions (electrons in the present embodiment) from the plasma and collide with the light emitting layer 4.

基準電極２、引っ張り用電極５および加速電極６は、図１の手前から奥方向に直線状に延びている。図２は、深紫外発光素子を携帯端末機器に内蔵した場合における、基準電極２および放電用電極３の配置の一例を示す斜視図である。図２では、携帯端末機器の筐体内部に形成された空間１０の上部および下部に、それぞれ基準電極２および放電用電極３が収容されている。 The reference electrode 2, the pulling electrode 5 and the acceleration electrode 6 extend linearly from the front of FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the arrangement of the reference electrode 2 and the discharge electrode 3 when the deep ultraviolet light emitting element is built in the portable terminal device. In FIG. 2, a reference electrode 2 and a discharge electrode 3 are accommodated in an upper part and a lower part of a space 10 formed inside the casing of the mobile terminal device, respectively.

再び図１を参照する。発光層４は、加速電極６の空間１０側の面上に配置されており、電子または正イオンが衝突することにより励起されて発光する材料で形成されている。発光層４を形成する材料は、例えば、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＦ_２、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＣａＦ_２、ダイアモンド、サファイアから選択される少なくとも１つの材料、または前記材料の超格子が挙げられるが、ＡｌＧａＮの超格子、ＢＡｌＮまたはＭｇＯが特に好ましい。さらに、上記の材料または超格子に不純物が添加されていてもよい。発光層４の厚さは、例えば１０〜２０ｎｍである。 Refer to FIG. 1 again. The light emitting layer 4 is disposed on the surface of the acceleration electrode 6 on the space 10 side, and is formed of a material that emits light when excited by collision of electrons or positive ions. Examples of the material for forming the light emitting layer 4 include at least one material selected from MgO, ZnMgO, AlGaN, AlN, MgF ₂ , BN, BAlN, CaF ₂ , diamond, and sapphire, or a superlattice of the material. However, AlGaN superlattice, BAlN or MgO are particularly preferred. Further, impurities may be added to the above materials or superlattices. The thickness of the light emitting layer 4 is, for example, 10 to 20 nm.

二次電子放出材料層７は、基準電極２を挟んで放電用電極３の反対側に配置されており、ＭｇＯからなる微粒子で形成されている。なお、当該微粒子としてＢＮを用いてもよい。 The secondary electron emission material layer 7 is disposed on the opposite side of the discharge electrode 3 with the reference electrode 2 interposed therebetween, and is formed of fine particles made of MgO. Note that BN may be used as the fine particles.

二次電子放出材料層７の空間１０と反対側の面には、下部透明基板８が配置されている。下部透明基板８は、深紫外光に対して透過性を有しており、例えば石英、ＣａＦ_２あるいは単結晶のサファイア基板である。 A lower transparent substrate 8 is disposed on the surface of the secondary electron emission material layer 7 opposite to the space 10. The lower transparent substrate 8 is transparent to deep ultraviolet light, and is, for example, quartz, CaF ₂ or a single crystal sapphire substrate.

次に、発光素子１による深紫外光の発光動作について説明する。 Next, the light emission operation of deep ultraviolet light by the light emitting element 1 will be described.

図３は、パルス出力部９から出力されるパルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の波形を示している。パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６に順次印加される。具体的には、時間Ｔ１〜Ｔ２において、パルス電圧Ｐ１が出力され、時間Ｔ３〜Ｔ４において、パルス電圧Ｐ２が出力され、時間Ｔ５〜Ｔ６において、パルス電圧Ｐ３が出力され、以後このサイクルが所定の周期で繰り返される。前記サイクルの周波数、すなわち、各パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の周波数は、例えば５０Ｈｚ〜１００ＭＨｚである。また、パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、例えば１００〜５０００Ｖであるが、少なくともパルス電圧Ｐ２，Ｐ３はパルス電圧Ｐ１よりも高く設定される。また、パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のパルス幅は、例えば１０〜５０μｓである。 FIG. 3 shows waveforms of the pulse voltages P1, P2, and P3 output from the pulse output unit 9. The pulse voltages P1, P2, P3 are sequentially applied to the discharge electrode 3, the pulling electrode 5, and the acceleration electrode 6. Specifically, the pulse voltage P1 is output from time T1 to T2, the pulse voltage P2 is output from time T3 to T4, and the pulse voltage P3 is output from time T5 to T6. Repeated in a cycle. The frequency of the cycle, that is, the frequency of each pulse voltage P1 to P3 is, for example, 50 Hz to 100 MHz. The pulse voltages P1, P2, and P3 are, for example, 100 to 5000 V, but at least the pulse voltages P2 and P3 are set higher than the pulse voltage P1. The pulse width of the pulse voltages P1, P2, P3 is, for example, 10 to 50 μs.

図４〜図６はそれぞれ、時間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６における発光素子１の動作状態を示している。図４および図５では、便宜上、パルス電圧が印加された電極を白色で示している。 4 to 6 show the operating states of the light emitting element 1 at times T1 to T2, T3 to T4, and T5 to T6, respectively. 4 and 5, for convenience, the electrode to which the pulse voltage is applied is shown in white.

図４に示すように、時間Ｔ１〜Ｔ２では、放電用電極３にパルス電圧Ｐ１が印加される。これにより、基準電極２と放電用電極３との間に、変動する電磁場が形成され、空間１０内に充填されているガスが電磁場よってプラズマを発生する。このとき、プラズマには電子と正イオンとが等量含まれており、電荷中性状態となっている。 As shown in FIG. 4, the pulse voltage P 1 is applied to the discharge electrode 3 from time T 1 to T 2. As a result, a fluctuating electromagnetic field is formed between the reference electrode 2 and the discharge electrode 3, and the gas filled in the space 10 generates plasma by the electromagnetic field. At this time, the plasma contains equal amounts of electrons and positive ions, and is in a charge neutral state.

続いて、図５に示すように、時間Ｔ３〜Ｔ４では、引っ張り用電極５にパルス電圧Ｐ２が印加される。これにより、プラズマ中の電子の一部が発光層４側に引っ張られる。これに伴い、プラズマ中のイオンの一部が基準電極２側に引き出される。 Subsequently, as shown in FIG. 5, the pulse voltage P 2 is applied to the pulling electrode 5 at times T 3 to T 4. Thereby, some of the electrons in the plasma are pulled toward the light emitting layer 4 side. Along with this, some of the ions in the plasma are extracted to the reference electrode 2 side.

続いて、図６に示すように、時間Ｔ５〜Ｔ６では、加速電極６にパルス電圧Ｐ３が印加される。これにより、引っ張り用電極５によって引っ張られた電子が加速されて、発光層４に衝突する。これにより、発光層４が励起されて深紫外光を発生し、深紫外光は、二次電子放出材料層７および下部透明基板８を通って外部に放射される。なお、二次電子放出材料層７は、ＭｇＯまたはＢＮで形成されているため光透過性が非常に高い。 Subsequently, as shown in FIG. 6, the pulse voltage P 3 is applied to the acceleration electrode 6 at time T 5 to T 6. Thereby, the electrons pulled by the pulling electrode 5 are accelerated and collide with the light emitting layer 4. Thereby, the light emitting layer 4 is excited to generate deep ultraviolet light, and the deep ultraviolet light is emitted to the outside through the secondary electron emission material layer 7 and the lower transparent substrate 8. The secondary electron emission material layer 7 is made of MgO or BN, and therefore has a very high light transmittance.

また、プラズマは、一部の電子が引っ張り出されることにより電荷中性状態が部分的に崩れる。これに対し、基準電極２側に引き出されたイオンが二次電子放出材料層７に衝突することにより、二次電子放出材料層７が電子（二次電子）を発生するため、プラズマの電荷状態を安定させることができる。 In addition, the neutral state of the charge of the plasma partially collapses due to some electrons being pulled out. On the other hand, the ions extracted to the reference electrode 2 side collide with the secondary electron emission material layer 7 and the secondary electron emission material layer 7 generates electrons (secondary electrons). Can be stabilized.

以上のように、本実施形態に係る発光素子１は、プラズマから電子を引き出して発光層４に衝突させることにより、深紫外光を発光する。そのため、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供することができる。特に、発光層４を形成する材料をＡｌＧａＮの超格子とすることにより、非常に高い発光効率を実現することができる。 As described above, the light-emitting element 1 according to this embodiment emits deep ultraviolet light by extracting electrons from plasma and causing them to collide with the light-emitting layer 4. Therefore, a light-emitting element with higher light emission efficiency than the conventional one can be provided. In particular, when the material for forming the light emitting layer 4 is an AlGaN superlattice, very high light emission efficiency can be realized.

また、加速電極６によって、プラズマから引き出された電子をさらに加速することができるため、発光強度をより大きくすることができる。さらに、加速電極６は発光素子１の外部に露出しているため、空気または液体によって冷却可能である。そのため、加速電極６に高電圧を印加することができる。よって、電子の加速度をさらに大きくして、さらに容易に高出力化を図ることができる。 In addition, since the electrons extracted from the plasma can be further accelerated by the acceleration electrode 6, the emission intensity can be further increased. Furthermore, since the acceleration electrode 6 is exposed to the outside of the light emitting element 1, it can be cooled by air or liquid. Therefore, a high voltage can be applied to the acceleration electrode 6. Therefore, the acceleration of electrons can be further increased and higher output can be achieved more easily.

また、発光層４の表面にナノサイズの金属微粒子からなる層を形成することが好ましい。このような構成では、プラズモン効果によって金属微粒子の形成部分の電荷が多くなるため、発光強度をさらに大きくすることができる。さらに、パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の周波数を変化させて、発光層４への電子の衝突頻度を変えることによって、発光素子１の発光強度を制御することができる。 Moreover, it is preferable to form a layer made of nano-sized metal fine particles on the surface of the light emitting layer 4. In such a configuration, the electric charge at the portion where the metal fine particles are formed increases due to the plasmon effect, so that the emission intensity can be further increased. Furthermore, the light emission intensity of the light emitting element 1 can be controlled by changing the frequency of the pulse voltages P 1 to P 3 to change the frequency of collision of electrons with the light emitting layer 4.

また、図３に示すように、引っ張り用電極５および加速電極６に印加される各パルス電圧Ｐ２，Ｐ３は、その直前のパルス電圧の印加終了から所定の時間経過後に印加が開始される。すなわち、時間Ｔ２と時間Ｔ３との間、および時間Ｔ５と時間Ｔ６との間に、例えば２．５〜５μｍの待機時間を設けている。パルス電圧Ｐ１，Ｐ２の印加終了時では、プラズマの電位が保持されているため、電子の周囲に正イオンがまとわりついている。そのため、直前のパルス電圧の印加終了と同時に次のパルス電圧を印加しても、電子を発光層４側に効率的に引き出すことができない。そこで、本実施形態では、上記の待機時間を設けて、電子が正イオンの影響を受けなくなったタイミングで、次の電圧パルスを印加している。これにより、電子をプラズマから効率的に引き出すことができる。 Further, as shown in FIG. 3, each pulse voltage P2, P3 applied to the pulling electrode 5 and the accelerating electrode 6 starts to be applied after a predetermined time has elapsed from the end of the application of the pulse voltage immediately before. That is, a waiting time of, for example, 2.5 to 5 μm is provided between the time T2 and the time T3 and between the time T5 and the time T6. At the end of application of the pulse voltages P1 and P2, since the plasma potential is maintained, positive ions are gathered around the electrons. Therefore, even if the next pulse voltage is applied at the same time as the application of the previous pulse voltage, electrons cannot be efficiently extracted to the light emitting layer 4 side. Therefore, in this embodiment, the next voltage pulse is applied at the timing when the standby time is provided and the electrons are no longer affected by the positive ions. Thereby, electrons can be efficiently extracted from the plasma.

以上のように、発光素子１では、高い発光効率を実現できるとともに、発光強度を容易に変化させることができる。特に、発光層４を形成する材料をＭｇＯとすることにより、従来の深紫外発光素子では出力できない２１０ｎｍ未満の波長（約１７０ｎｍ）の深紫外光を出力することができる。 As described above, the light emitting element 1 can realize high light emission efficiency and can easily change the light emission intensity. In particular, when the material for forming the light emitting layer 4 is MgO, deep ultraviolet light having a wavelength of less than 210 nm (about 170 nm) that cannot be output by a conventional deep ultraviolet light emitting element can be output.

さらに、発光層４を形成する材料を適宜選択することにより、深紫外光の波長を任意の波長に制御することができる。また、発光層４を形成する材料を超格子とすること、前記材料または前記超格子に不純物を添加すること、あるいは、超格子の格子間隔を変えることによっても、深紫外光の波長を変えることができる。 Furthermore, the wavelength of the deep ultraviolet light can be controlled to an arbitrary wavelength by appropriately selecting the material for forming the light emitting layer 4. Also, the wavelength of deep ultraviolet light can be changed by making the material forming the light emitting layer 4 a superlattice, adding impurities to the material or the superlattice, or changing the lattice spacing of the superlattice. Can do.

また、プラズマの発生、電子の引き出し・加速の効率を高めるため、図７に示すように、パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３は、その波形に複数の山を有してもよい。電子は電圧の立ち上がり時に加速されるため、一度のパルス電圧の印加によって、多段階に電子を加速することができる。よって、発光効率をさらに高めることができる。なお、各波形に含まれる山の数は特に限定されない。また、パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の少なくともいずれかの波形を複数の山を有する波形としてもよい。 In order to increase the efficiency of plasma generation and electron extraction / acceleration, as shown in FIG. 7, the pulse voltages P1 to P3 may have a plurality of peaks in the waveform. Since electrons are accelerated when the voltage rises, the electrons can be accelerated in multiple stages by applying a single pulse voltage. Therefore, the luminous efficiency can be further increased. The number of peaks included in each waveform is not particularly limited. Further, at least one of the pulse voltages P1 to P3 may be a waveform having a plurality of peaks.

なお、上述の発光素子１では、プラズマから電子を発光層４側に引き出していたが、イオンを発光層４側に引き出してもよい。この場合、図８に示すように、引っ張り用電極５および加速電極６に負のパルス電圧Ｐ２，Ｐ３を印加する。これにより、プラズマからイオンが引き出されて発光層４に衝突することにより、深紫外光が発生する。イオンは電子よりも質量が大きいため、電子を発光層４に衝突させる場合に比べ、深紫外光の強度がより大きくなる。そのため、プラズマを発生させるためのガスとして、質量の大きいガスを用いることにより、発光強度を大きくすることができる。ただし、イオンの質量が大きすぎると、発光層４が損傷しやすくなるため、発光寿命を重視する場合は、プラズマを発生させるためのガスとして、Ｈｅ、Ｈ_２、Ｄ_２といった質量の小さいガスを用いることが好ましい。 In the light emitting element 1 described above, electrons are extracted from the plasma to the light emitting layer 4 side, but ions may be extracted to the light emitting layer 4 side. In this case, negative pulse voltages P2 and P3 are applied to the pulling electrode 5 and the acceleration electrode 6 as shown in FIG. Thereby, ions are extracted from the plasma and collide with the light emitting layer 4 to generate deep ultraviolet light. Since ions have a larger mass than electrons, the intensity of deep ultraviolet light is greater than when electrons collide with the light emitting layer 4. Therefore, the emission intensity can be increased by using a gas having a large mass as a gas for generating plasma. However, if the mass of ions is too large, the light emitting layer 4 is likely to be damaged. Therefore, when emphasizing the light emission lifetime, gases having a small mass such as He, H ₂ , and D ₂ are used as gases for generating plasma. It is preferable to use it.

続いて、本発明の他の実施形態について説明する。 Subsequently, another embodiment of the present invention will be described.

図９は、本発明の他の実施形態に係る深紫外発光素子（以下、単に発光素子とも記す）１’ の概略構成を示す断面図である。発光素子１’は、基準電極２と、放電用電極３と、発光層４と、第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂからなる引っ張り用電極５と、二次電子放出材料層７と、下部透明基板８と、パルス出力部９と、上部透明基板１１とを備えている。図９では、図１に示す発光素子１におけるものと同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。すなわち、発光素子１’は、図１に示す発光素子１において、加速電極６の代わりに上部透明基板１１を備え、引っ張り用電極５として、第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂの２列の電極を備えた構成である。上部透明基板１１は、下部透明基板８と同様、単結晶のサファイア基板である。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a deep ultraviolet light emitting device (hereinafter also simply referred to as a light emitting device) 1 ′ according to another embodiment of the present invention. The light emitting element 1 ′ includes a reference electrode 2, a discharge electrode 3, a light emitting layer 4, a tension electrode 5 including a first tension electrode 5 a and a second tension electrode 5 b, and a secondary electron emission material. A layer 7, a lower transparent substrate 8, a pulse output unit 9, and an upper transparent substrate 11 are provided. In FIG. 9, the same members as those in the light-emitting element 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. That is, the light emitting element 1 ′ includes the upper transparent substrate 11 instead of the acceleration electrode 6 in the light emitting element 1 shown in FIG. 1, and the first pulling electrode 5 a and the second pulling electrode are used as the pulling electrode 5. It is the structure provided with the electrode of 2 rows of 5b. Similar to the lower transparent substrate 8, the upper transparent substrate 11 is a single crystal sapphire substrate.

第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂには、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ２，Ｐ３がそれぞれ印加される。パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の波形は、図３に示すものと同一であり、放電用電極３、第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂに、パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が順次印加される。 Pulse voltages P2 and P3 are applied from the pulse output unit 9 to the first pulling electrode 5a and the second pulling electrode 5b, respectively. The waveforms of the pulse voltages P1 to P3 are the same as those shown in FIG. 3, and the pulse voltages P1, P2, and P3 are sequentially applied to the discharge electrode 3, the first pulling electrode 5a, and the second pulling electrode 5b. Applied.

発光素子１’では、発光層４がＭｇＯで形成されている。上部透明基板１１は、下部透明基板８と同様、単結晶のサファイア基板である。 In the light emitting element 1 ′, the light emitting layer 4 is made of MgO. Similar to the lower transparent substrate 8, the upper transparent substrate 11 is a single crystal sapphire substrate.

発光素子１’の発光動作は、図１に示す発光素子１と略同様である。すなわち、放電用電極３にパルス電圧Ｐ１が印加されることにより、空間１０にプラズマが発生する。続いて、第１の引っ張り用電極５ａにパルス電圧Ｐ２が印加されることにより、プラズマ中の電子の一部が発光層４側に引っ張られ、その後、第２の引っ張り用電極５ｂにパルス電圧Ｐ３が印加されることにより、電子が加速されて、発光層４に衝突する。これにより、発光層４が励起されて深紫外光を発生する。深紫外光は、二次電子放出材料層７および下部透明基板８を通って図面下方向に放射されるとともに、上部透明基板１１を通って図面上方向にも放射される。 The light emitting operation of the light emitting element 1 'is substantially the same as that of the light emitting element 1 shown in FIG. That is, plasma is generated in the space 10 by applying the pulse voltage P 1 to the discharge electrode 3. Subsequently, a pulse voltage P2 is applied to the first pulling electrode 5a, whereby a part of the electrons in the plasma is pulled to the light emitting layer 4 side, and then the pulse voltage P3 is applied to the second pulling electrode 5b. Is applied, the electrons are accelerated and collide with the light emitting layer 4. As a result, the light emitting layer 4 is excited to generate deep ultraviolet light. The deep ultraviolet light is emitted downward in the drawing through the secondary electron emission material layer 7 and the lower transparent substrate 8, and is also emitted in the upward direction in the drawing through the upper transparent substrate 11.

このように、発光素子１’は、加速電極を備えていないことにより、双方向に深紫外光を照射可能となっている。また、発光素子１’は、２列の引っ張り用電極５を備えているため、電子を十分に加速させて発光層４に衝突させることができる。なお、引っ張り用電極５の列数は特に限定されず、３列以上であってもよい。 Thus, since the light emitting element 1 ′ does not include the acceleration electrode, it is possible to irradiate deep ultraviolet light in both directions. Further, since the light emitting element 1 ′ includes the two rows of pulling electrodes 5, electrons can be sufficiently accelerated to collide with the light emitting layer 4. The number of columns of the pulling electrodes 5 is not particularly limited, and may be three or more.

また、図１に示す発光素子１において、加速電極６に十分に高電圧を印加可能であれば、引っ張り用電極５を省略してもよい。同様に、引っ張り用電極５十分に高電圧を印加可能であれば、加速電極６を省略してもよい。すなわち、特許請求の範囲に記載の「引き出し手段」を、引っ張り用電極５および加速電極６のいずれか一方のみで構成してもよい。 Further, in the light emitting element 1 shown in FIG. 1, the pulling electrode 5 may be omitted if a sufficiently high voltage can be applied to the acceleration electrode 6. Similarly, the acceleration electrode 6 may be omitted if a sufficiently high voltage can be applied to the pulling electrode 5. In other words, the “drawing means” described in the claims may be configured by only one of the pulling electrode 5 and the accelerating electrode 6.

また、本実施形態では、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６にパルス電圧を印加していたが、プラズマから電子または正イオンを引き出して発光層に衝突させることが可能であれば、パルス電圧に限定されない。例えば、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６に、交流電圧または直流電圧を印加してもよい。 In the present embodiment, the pulse voltage is applied to the discharge electrode 3, the pulling electrode 5, and the acceleration electrode 6. However, as long as electrons or positive ions can be extracted from the plasma and collide with the light emitting layer. The pulse voltage is not limited. For example, an AC voltage or a DC voltage may be applied to the discharge electrode 3, the pulling electrode 5, and the acceleration electrode 6.

また、発光素子１、１’は、任意の大きさに形成されてもよく、曲面状に形成されてもよい。例えば、下部透明基板８や上部透明基板１１の表面が曲面状に形成されていてもよい。また、下部透明基板８および上部透明基板１１を形成する材料は、サファイアに限らず、深紫外光に対して透過性が高い材料であればよく、例えば、ＡｌＮあるいは石英でもよい。 In addition, the light emitting elements 1 and 1 ′ may be formed in an arbitrary size or may be formed in a curved surface shape. For example, the surfaces of the lower transparent substrate 8 and the upper transparent substrate 11 may be formed in a curved surface shape. The material forming the lower transparent substrate 8 and the upper transparent substrate 11 is not limited to sapphire, but may be any material that has high transparency to deep ultraviolet light. For example, AlN or quartz may be used.

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的事項を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the claims, and a form obtained by appropriately combining technical matters disclosed in the embodiment is also included in the present invention. Included in the technical scope.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

（実施例１）
実施例１では、図１に示す発光素子１において、発光層４を形成する材料として、ＡｌＧａＮの超格子を用いた。そして、引っ張り用電極５および加速電極６に正のパルス電圧（７００Ｖ）を印加して、電子によって発光層４を励起発光させた場合、引っ張り用電極５および加速電極６に負のパルス電圧（−７００Ｖ）を印加して、正イオンによって発光層４を励起発光させた場合、並びに、引っ張り用電極５および加速電極６に電圧を印加せずに、プラズマのみによって発光層４を発光させた場合の、発光スペクトルを測定した。プラズマを発生させるために、放電用電極３には５００Ｖのパルス電圧を印加した。また、プラズマを発生させるガスとして、Ｎｅを用いた。 Example 1
In Example 1, an AlGaN superlattice was used as a material for forming the light emitting layer 4 in the light emitting device 1 shown in FIG. When a positive pulse voltage (700 V) is applied to the pulling electrode 5 and the accelerating electrode 6 and the light emitting layer 4 is excited to emit light by electrons, a negative pulse voltage (− 700 V) is applied and the light emitting layer 4 is excited to emit light by positive ions, and the light emitting layer 4 is caused to emit light only by plasma without applying voltage to the pulling electrode 5 and the acceleration electrode 6. The emission spectrum was measured. In order to generate plasma, a pulse voltage of 500 V was applied to the discharge electrode 3. Further, Ne was used as a gas for generating plasma.

測定された発光スペクトルを図１０に示す。実線は、電子によって発光層４を励起発光させた場合の発光スペクトルであり、破線は、正イオンによって発光層４を励起発光させた場合の発光スペクトルであり、一点鎖線は、プラズマのみによって発光層４を励起発光させた場合の発光スペクトルである。 The measured emission spectrum is shown in FIG. A solid line is an emission spectrum when the light emitting layer 4 is excited to emit light by electrons, a broken line is an emission spectrum when the light emitting layer 4 is excited to emit light by positive ions, and an alternate long and short dash line is an emission layer only from plasma. 4 is an emission spectrum when 4 is excited and emitted.

図１０に示す発光スペクトルから、電子およびイオンを加速して発光層４を励起させた場合、電子およびイオンを加速しない場合に比べ、非常に強い深紫外光を出力していることが分かる。特に、従来の深紫外発光素子では効率よく発光させることが困難であった２５０ｎｍ未満の波長領域においても、高い出力を得ることができた。 From the emission spectrum shown in FIG. 10, it can be seen that when the light emitting layer 4 is excited by accelerating electrons and ions, very strong deep ultraviolet light is output as compared with the case where electrons and ions are not accelerated. In particular, a high output could be obtained even in a wavelength region of less than 250 nm, which was difficult to emit efficiently with a conventional deep ultraviolet light emitting device.

（実施例２）
実施例２では、図１に示す発光素子１において、発光層４を形成する材料として、ＭｇＯを用いた。そして、引っ張り用電極５および加速電極６に正のパルス電圧（７００Ｖ）を印加して、電子によって発光層４を励起発光させ、発光スペクトルを測定した。プラズマを発生させるために、放電用電極３には５００Ｖのパルス電圧を印加した。また、プラズマを発生させるガスとして、Ｎｅを用いた。 (Example 2)
In Example 2, MgO was used as a material for forming the light emitting layer 4 in the light emitting device 1 shown in FIG. Then, a positive pulse voltage (700 V) was applied to the pulling electrode 5 and the accelerating electrode 6 to cause the light emitting layer 4 to be excited and emitted by electrons, and the emission spectrum was measured. In order to generate plasma, a pulse voltage of 500 V was applied to the discharge electrode 3. Further, Ne was used as a gas for generating plasma.

測定された発光スペクトルを図１１に示す。この発光スペクトルから、２５０ｎｍ未満の波長領域においても、高い出力を得られるだけでなく、従来の深紫外発光素子では発光させることが不可能であった２１０ｎｍ未満の波長領域においても、十分な出力を得られることが分かる。 The measured emission spectrum is shown in FIG. From this emission spectrum, not only a high output can be obtained even in a wavelength region of less than 250 nm, but also a sufficient output can be obtained in a wavelength region of less than 210 nm which cannot be emitted by a conventional deep ultraviolet light emitting device. You can see that

本発明に係る深紫外発光素子は、高効率に深紫外光を出力可能であるため、様々な用途に利用することができる。特に２５０ｎｍ未満の波長の深紫外光を面状に発光可能であるため、水銀ランプに代わる殺菌用照明として好適である。さらに、発光材料としてＭｇＯを用いることにより、２１０ｎｍ未満の波長の深紫外光も高効率に出力可能であるため、難分解性物質の分解、オゾンセンシング、生体の紫外光反応などに関する基礎研究、応用研究を容易に実施できる。 Since the deep ultraviolet light emitting element according to the present invention can output deep ultraviolet light with high efficiency, it can be used for various applications. In particular, since deep ultraviolet light having a wavelength of less than 250 nm can be emitted in a planar shape, it is suitable as sterilization illumination in place of a mercury lamp. In addition, by using MgO as the light-emitting material, deep ultraviolet light with a wavelength of less than 210 nm can be output with high efficiency, so basic research and application on decomposition of refractory substances, ozone sensing, biological ultraviolet light reaction, etc. Research can be carried out easily.

１深紫外発光素子
１’ 深紫外発光素子
２基準電極
３放電用電極
４発光層
５引っ張り用電極（引き出し手段）
５ａ引っ張り用電極（引き出し手段）
５ｂ引っ張り用電極（引き出し手段）
６加速電極（引き出し手段）
７二次電子放出材料層
８下部透明基板
９パルス出力部
１０空間
１１上部透明基板
Ｐ１パルス電圧
Ｐ２パルス電圧
Ｐ３パルス電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deep ultraviolet light emitting element 1 'Deep ultraviolet light emitting element 2 Reference electrode 3 Discharge electrode 4 Light emitting layer 5 Pulling electrode (drawing means)
5a Pulling electrode (drawing means)
5b Pulling electrode (drawing means)
6 Accelerating electrode (drawing means)
7 Secondary Electron Emission Material Layer 8 Lower Transparent Substrate 9 Pulse Output Unit 10 Space 11 Upper Transparent Substrate P1 Pulse Voltage P2 Pulse Voltage P3 Pulse Voltage

Claims

基準電極と、
前記基準電極と対向するように配置された放電用電極と、
前記放電用電極を挟んで前記基準電極の反対側に配置された発光層と、
前記基準電極および前記放電用電極を収容する空間に充填されたガスと、
前記放電用電極に前記基準電極の電位よりも高い電圧が印加された場合に前記ガスによって発生するプラズマから、電子又は正イオンを引き出す引き出し手段とを備え、
前記引き出し手段は、前記放電用電極と前記発光層との間に配置された引っ張り用電極と、前記発光層を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された加速電極とを含み、
前記放電用電極、前記引っ張り用電極および前記加速電極の順にパルス電圧が順次印加され、
前記引き出し手段によって引き出された電子又は正イオンが前記発光層に衝突することにより、前記発光層が深紫外光を発することを特徴とする深紫外発光素子。 A reference electrode;
A discharge electrode arranged to face the reference electrode;
A light emitting layer disposed on the opposite side of the reference electrode across the discharge electrode;
A gas filled in a space accommodating the reference electrode and the discharge electrode;
A means for extracting electrons or positive ions from the plasma generated by the gas when a voltage higher than the potential of the reference electrode is applied to the discharge electrode;
The extraction means includes a pulling electrode disposed between the discharge electrode and the light emitting layer, and an acceleration electrode disposed on the opposite side of the discharge electrode with the light emitting layer interposed therebetween,
A pulse voltage is sequentially applied in the order of the discharge electrode, the pulling electrode, and the acceleration electrode,
The deep ultraviolet light emitting element, wherein the light emitting layer emits deep ultraviolet light when electrons or positive ions extracted by the extraction means collide with the light emitting layer.

前記放電用電極へのパルス電圧の印加終了後に、前記引っ張り用電極へのパルス電圧の印加が開始され、前記引っ張り用電極へのパルス電圧の印加終了後に、前記加速電極へのパルス電圧の印加が開始されることを特徴とする請求項１に記載の深紫外発光素子。After the application of the pulse voltage to the discharge electrode, the application of the pulse voltage to the pulling electrode is started, and after the application of the pulse voltage to the pulling electrode, the application of the pulse voltage to the acceleration electrode is started. The deep ultraviolet light-emitting device according to claim 1, which is started.

前記発光層は、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＦ_２、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＣａＦ_２、ダイアモンド、サファイアから選択される少なくとも１つの材料、または前記材料の超格子で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の深紫外発光素子。 The light emitting layer is formed of at least one material selected from MgO, ZnMgO, AlGaN, AlN, MgF ₂ , BN, BAlN, CaF ₂ , diamond, and sapphire, or a superlattice of the material. The deep ultraviolet light emitting element according to claim 1 or 2 .

前記発光層は、ＡｌＧａＮの超格子で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の深紫外発光素子。 4. The deep ultraviolet light emitting device according to claim 3 , wherein the light emitting layer is formed of an AlGaN superlattice.

前記発光層は、ＭｇＯで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の深紫外発光素子。 The deep ultraviolet light emitting element according to claim 3 , wherein the light emitting layer is made of MgO.

前記材料または前記超格子に不純物が添加されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 The material or the deep ultraviolet light-emitting device according to any one of claims 3-5, characterized in that impurities in the superlattice is added.

前記基準電極を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された二次電子放出材料層をさらに備え、
前記引き出し手段が電子を引き出した場合に、前記基準電極側に引き出された正イオンが前記二次電子放出材料層に衝突することにより、前記二次電子放出材料層が電子を発生することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 A secondary electron emission material layer disposed on the opposite side of the discharge electrode across the reference electrode;
When the extraction means extracts electrons, positive ions extracted toward the reference electrode collide with the secondary electron emission material layer, whereby the secondary electron emission material layer generates electrons. The deep ultraviolet light-emitting device according to any one of claims 1 to 6 .

前記二次電子放出材料層は、ＭｇＯまたはＢＮであることを特徴とする請求項７に記載の深紫外発光素子。 The deep ultraviolet light-emitting device according to claim 7 , wherein the secondary electron emission material layer is MgO or BN.

前記発光層の表面に、金属微粒子からなる層が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 Wherein the surface of the light-emitting layer, deep ultraviolet light emitting device according to any one of claims 1-8, wherein the layer made of metal fine particles are formed.

前記ガスが、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｎ_２、ＸｅＣｌ及びＡｒＦからなる群の中から選択される少なくとも１種類のガス、またはその混合ガスであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 Said gas and Ne, _Xe, the He, _Ar, and wherein the at least one gas or a gas mixture, selected from the group consisting of _{H 2, D 2, N 2} , XeCl and ArF The deep ultraviolet light emitting element according to any one of claims 1 to 9 .

前記加速電極は、前記深紫外発光素子の外部に露出していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 The accelerating electrode is a deep ultraviolet light-emitting device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that is exposed to the outside of the deep ultraviolet light-emitting device.

前記引っ張り用電極および前記加速電極に印加される各パルス電圧は、その直前のパルス電圧の印加終了から所定の時間経過後に印加が開始されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 Each pulse voltage applied to the tension electrode and the accelerating electrode are any one of claims 1 to 11, characterized in that applied from the application end of the pulse voltage immediately before after a predetermined time is started The deep ultraviolet light emitting element according to item .

前記パルス電圧の少なくともいずれかは、その波形に複数の山を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。 The deep ultraviolet light-emitting element according to any one of claims 1 to 12, wherein at least one of the pulse voltages has a plurality of peaks in its waveform.